钛酸铜钙/聚四氟乙烯复合材料制备及介电性能研究

摘要

随着电子行业的高速发展，传统的无机陶瓷或者有机高分子等电介质材料所表现出的性能缺陷无法满足现代科技的应用需求，因此制备具有高介电常数、良好机械加工性能的陶瓷/聚合物基复合介质材料是解决这一问题的重要途径。
　　本文以具有巨介电常数的钛酸铜钙(CaCu3Ti4O12, CCTO)作为无机填料，有机高分子聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene, PTFE)为基体，通过乳液聚合的方法制备不同体积分数微米级 CCTO/PTFE复合介质材料，其中 CCTO利用钛酸酯偶联剂NDZ-201进行表面处理。通过X-射线衍射、扫描电镜、热重-差示扫描热分析、阻抗分析等分析测试手段对材料进行表征和测试，研究陶瓷粉体含量对复合材料介电性能的影响。结果表明，CCTO/PTFE复合材料的介电常数随陶瓷粉体含量的增大而增大，这是 CCTO本征特性以及界面极化共同作用的结果。由于界面极化随频率的升高而降低，相同陶瓷含量的复合材料在高频条件下的介电常数低于低频的测试结果。100 Hz频率下，50 vol％ CCTO/PTFE复合材料的介电常数为33.64，比纯PTFE介电常数提高了十六倍，而损耗不到0.12。利用理论模型对不同CCTO含量复合材料的介电常数进行预测并与在频率为100 Hz时所测实验值对比，发现引入形貌因子的EMT(effective medium theory)模型和改进的Logarithmic模型的预测结果与实验结果较为接近。
　　为了研究填料粒径对复合材料介电性能的影响，本文采用草酸盐共沉淀法合成亚微米级CCTO，制备相同体积分数的微米级、亚微米级和双粒径共填充CCTO/PTFE复合介质材料。对比发现，共填充复合材料中的小粒径 CCTO能够填隙大颗粒间以及大颗粒与基体之间的缝隙，材料的致密度最高，介电性能显优于相同体积含量下单独用亚微米或微米级CCTO填充的复合材料。30 vol%共填充复合材料的介电常数在100 Hz频率下为25.62，损耗为0.12。

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1 绪论

1.1 聚合物基复合介质材料研究进展

1.2 钛酸铜钙的结构及巨介电常数机理

1.3 聚四氟乙烯的结构与改性

1.4 本论文主要研究内容和创新点

2 CCTO/PTFE复合介质材料的制备

2.1 引言

2.2 实验原料与仪器

2.3 CCTO/PTFE复合介质材料的制备

2.4 复合材料表征与测试

3 微米级CCTO/PTFE复合材料介电性能研究

3.1 引言

3.2 CCTO粉体表面改性

3.3 复合材料微观结构与形貌

3.4 复合材料热分析

3.5 复合材料介电性能与频率的关系

3.6 理论模型与实验结果的对比

3.7 本章小结

4 不同粒径CCTO/PTFE复合材料的制备及性能比较

4.1 引言

4.2 草酸盐共沉淀法制备亚微米级CCTO

4.3 粒径对复合材料性能的影响

4.4 本章小结

5 总结与展望

致谢

参考文献

附录 攻读学位期间发表的论文